8.7. Особенности испытаний синхронных машин

8.7.1. Испытания на стенде завода-изготовителя

На стенде завода-изготовителя производят приемо-сдаточные испытания каждой машины и приемочные головных (опытных) машин.

По действующим стандартам (ГОСТ 183-74, ГОСТ 533-85, ГОСТ 5616-81, ГОСТ 609-84) приемо-сдаточные испытания каждой машины включают: измерения сопротивлений изоляции обмоток относительно корпуса и между обмотками, изоляции заложенных температурных преобразователей, обмоток при постоянном токе в практически холодном состоянии, термометров сопротивления при постоянном токе в практически холодном состоянии; испытание изоляции обмоток относительно корпуса и между обмотками на электрическую прочность; определение характеристики установившегося замыкания (для гидрогенераторов на месте установки), холостого хода (для гидрогенераторов на месте установки); испытания при повышенной частоте вращения (для турбогенераторов); измерение сопротивления изоляции подшипников, температуры масла в подшипниках (для гидрогенераторов на месте установки); проверку состояния уплотнений вала в сборе и определение утечки воздуха при избыточном давлении не менее номинального давления водорода (для машин с водородным охлаждением).

В приемочные испытания головных (опытных^ образцов (для гидрогенераторов на месте установки) дополнительно включают: испытания на кратковременную перегрузку по току; определение КПД; испытание на нагревание; определение коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения, индуктивных сопротивлений и постоянных времени обмоток; испытание при ударном токе короткого замыкания, на нагрев; определение вибраций, номинального тока возбуждения и регулировочной характеристики; измерение уровня шума; проверку работы газо-масляной системы водородного охлаждения и определение утечки водорода (для машин с водородным охлаж-

дением); проверку системы жидкостного охлаждения (для машин с жидкостным охлаждением).

В соответствии с действующими стандартами выполнение части приемочных испытаний возможно на месте установки машин.

Измерение сопротивления изоляции обмотки статора относительно корпуса машины и между обмотками производят с помощью мегаомметра не менее чем на 1000 В в практически холодном состоянии, при котором за температуру обмотки принимают температуру окружающей среды.

При измерении сопротивления изоляции обмоток генераторов с непосредственным водяным охлаждением вывод экрана мегаомметра соединяют с водяным коллектором, от которого отсоединяют внешнюю водяную систему. Сопротивление изоляции определяют поочередно для каждой ветви обмотки статора, при этом другие ветви соединяют с корпусом машины. При определении абсолютного значения сопротивления изоляции измерения проводят не менее чем через 60 с после приложения напряжения к изоляции. После измерения сопротивления изоляцию отдельных частей обмотки разряжают на корпус генератора.

Измерение сопротивления обмоток при постоянном токе проводят в практически холодном состоянии до начала сушки генератора методом вольтметра и амперметра, при этом используют магнитоэлектрические приборы класса точности не ниже 0,5. Отсчеты по приборам производят одновременно при установившихся значениях определяемых величин. Сопротивления обмоток находят как среднее значение по данным не менее трех измерений, которые проводят при различных значениях тока. Точность измерений в большей мере зависит от качества контактов в местах присоединения измерительных приборов, при этом присоединение вольтметра рекомендуется производить отдельно от токовых цепей.

Измерение сопротивлений термометров сопротивления при постоянном токе проводят при температуре окружающей среды методом вольтметра и амперметра с погрешностью измерения сопротивления не выше 0,5%. Измерения рекомендуется проводить непосредственно на сборке выводов.

Испытание (напряжением частотой 50 Гц) изоляции обмотки статора на электрическую прочность производят испытательным напряжением, кВ,

t/нсп = 2Е/_ф + 1,

где t/ф — номинальное фазное напряжение.

Испытание проводят для каждой из фаз по отношению к корпусу и двум другим заземленным фазам. Для генераторов с водяным охлаждением обмотки статора испытание изоляции выполняют при циркуляции дистиллята. Для испытания рекомендуется применять испытательные трансформаторы, мощность которых не менее 1 кВ-А на 1 кВ напряжения.

Испытательное напряжение измеряют на стороне высшего напряжения испытательного трансформатора через измерительный трансформатор напряжения. Для машин с номинальным напряжением 13,8 кВ и выше на стороне высшего напряжения испытательного трансформатора рекомендуется включать защитный разрядник, который настраивается на напряжение, равное 110% испытательного.

Согласно ГОСТ 11828-75 испытание рекомендуется начинать с напряжения не выше '/₃ испытательного, при этом время, в течение которого производится подъем напряжения от половинного значения до полного, должно быть не менее 10 с.

Испытание выпрямленным напряжением изоляции каждой фазы обмотки статора по отношению к корпусу и двум другим заземленным фазам в машинах с косвенным охлаждением производят напряжением, равным 1,6 испытательного напряжения частотой 50 Гц.

Испытательное напряжение в этих испытаниях согласно ГОСТ 11828-75 выдерживают в течение 1 мин, подъем напряжения производят не менее чем тремя ступенями, начиная с половинного испытательного напряжения. На каждой из ступеней измеряют ток утечки при установившихся показаниях приборов. После испытания измеряют сопротивления изоляции мегаомметром.

Испытание междувитковой изоляции катушечной обмотки статора проводят напряжением, равным 150% номинального, в течение 5 мин, стержневой обмотки — в течение 1 мин.

Характеристика холостого хода представляет собой зависимость напряжения обмотки статора от тока возбуждения при номинальной частоте вращения. Рекомендуется производить измерение напряжения приборами классом точности не ниже 0,5, при этом могут быть использованы эксплуатационные трансформаторы напряжения. Измерение тока возбуждения можно производить также приборами класса точности 0,5 с применением шунтов класса 0,1 или 0,2. Во время определения характеристики контро-

лируют частоту вращения гидрогенератора.

Предварительно напряжение машины увеличивают до 130% номинального. Характеристику снимают при плавном уменьшении тока возбуждения до нуля. При токе возбуждения, равном нулю, определяют остаточное напряжение.

У генераторов, работающих в блоке с трансформатором, снимается также характеристика холостого хода блока.

Одновременно со снятием характеристики холостого хода определяется симметрия напряжения, которая находится по отношению разности наибольшего и наименьшего измеренных линейных напряжений к среднему его значению.

Коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения находят по амплитудам отдельных гармонических составляющих кривой напряжения, определенным при номинальном напряжении при холостом ходе генератора. Амплитуды гармонических составляющих измеряют, как правило, с помощью анализатора гармонических составляющих. При известных амплитудах коэффициент искажения находят по формуле

где А_и А, — амплитуды первой и 1-й гармонических.

Характеристика установившегося короткого замыкания представляет собой зависимость тока в обмотке статора от тока возбуждения генератора при трехфазном коротком замыкании. При снятии характеристики измеряют токи в каждой фазе обмотки статора и ток возбуждения. Снятие характеристики производят при плавном подъеме тока статора до номинального значения. Для генераторов, работающих в блоке с трансформатором, характеристику короткого замыкания снимают для замкнутого накоротко трансформатора.

При приемо-сдаточных испытаниях, как правило, определяют лишь основные параметры: отношение короткого замыкания (ОКЗ), реактивность Потье х_р, синхронное индуктивное сопротивление хц, сверхпереходные индуктивные сопротивления хЗ и x"_q, переходное индуктивное сопротивление х&, индуктивное сопротивление обратного следования фаз х_г, постоянную времени при разомкнутой rj₀ и замкнутой накоротко TJ обмотках статора.

Отношение короткого замыкания находят по характеристикам холостого хода и короткого замыкания как отношение номинального тока статора к установившемуся

току короткого замыкания при возбуждении, соответствующем номинальному напряжению по характеристике холостого хода.

Индуктивное сопротивление хц также находят по характеристикам холостого хода (XX) и короткого замыкания (КЗ) как частное от деления напряжения холостого хода, определенного по спрямленной характеристике холостого хода при некотором возбуждении, на ток короткого замыкания при том же токе возбуждения 1_В (рис. 8.15).

Реактивное сопротивление х_р находят по характеристикам холостого хода, короткого замыкания и расчетному значению составляющей тока возбуждения 1_Я, компенсирующей реакцию якоря при номинальном токе (рис. 8.16).

Сверхпереходные реактивные сопротивления x'i и x'q могут быть найдены из опыта поочередного питания током 50 Гц каждых двух линейных выводов обмотки статора при неподвижном роторе. Во время испытаний обмотку ротора замыкают накоротко, измеряют подводимое напряжение, ток и мощность, потребляемые статором, а также ток в цепи возбуждения. Сверхпереходные сопротивления х2 и x'q определяют в виде

Рис. 8.15. К определению xj

Рис. 8.16. К определению х_р

Индуктивное сопротивление обратного следования фаз х₂, как правило, определяют из опыта питания вращающегося генератора напряжением до 0,15 номинального с обратным чередованием фаз. Обмотку возбуждения при этом замыкают накоротко.

Во время опыта измеряют напряжение, ток во всех фазах и подводимую мощность. Сопротивление х₂ определяют по средним значениям напряжения и тока.

Переходное сопротивление х'ц может быть найдено из опыта внезапного короткого замыкания как отношение напряжения холостого хода до короткого замыкания к начальному значению периодической составляющей тока короткого замыкания за вычетом сверхпереходной составляющей.

Постоянная времени Tj₀ может быть найдена из опыта внезапного короткого замыкания обмотки возбуждения машины, работающей в режиме ненагруженного генератора с номинальными напряжением и частотой. Постоянную Та₀ находят из осциллограммы затухания напряжения на выводах машины.

Постоянную Tj определяют из опыта внезапного короткого замыкания обмотки статора по кривой затухания переходной составляющей тока короткого замыкания статора.

В соответствии с действующими стандартами синхронные машины должны выдерживать без повреждений внезапное симметричное короткое замыкание при 105% номинального напряжения холостого хода.

Для крупных турбо- и гидрогенераторов, предназначенных для работы в блоке с трансформаторами, считается достаточным, чтобы они выдерживали внезапное ко-

^хав> ^хвс> ^хса — реактивные сопротивления между каждой парой линейных выводов; знак перед Ах определяется следующим образом: если наибольшему измеренному значению хдв, хдс или xqa соответствует минимальный ток в обмотке возбуждения, то ^x'd < ^xq> ^ПР^И максимальном токе в обмотке возбуждения х'£ > x'q.

роткое замыкание на выводах при напряжении, равном 70% номинального.

Короткое замыкание, за исключением наиболее крупных машин, производят масляным выключателем, при этом обеспечивается одновременность замыкания контактов (неодновременность не должна превосходить 15°).

Для записи токов короткого замыкания используют безындукционные шунты или трансформаторы тока. Кроме записи токов в обмотке статора производят также запись тока в цепи возбуждения и одного из линейных напряжений.

По нормам МЭК машина считается выдержавшей испытания на внезапное короткое замыкание, если она может быть включена в сеть сразу же после испытания или после незначительного ремонта обмотки статора. Перед включением в сеть обмотка статора должна быть испытана на электрическую прочность напряжением, равным 80% испытательного напряжения, предусмотренного для новой машины. Незначительным считается ремонт крепления обмотки или внешних слоев изоляции, не связанный с заменой стержней.